-
Курсовой проект «Плотина из грунтовых материалов»
Скачать:
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………...……..3
1. Исходные данные………………………………………………………..……4
2. Построение теоретической кривой безопасности………………………...5
3. Расчет плотины………………………………………………………………..9
3.1. Расчет откосов и бермы………………………………………………….…9
3.2. Расчет высоты плотины……………………………………………………9
3.3. Определение класса капитальности плотины…………………………10
3.4. Построение кривой связи………………………………………...…….…11
3.5 Конструкции элементов плотины………………………………………..13
3.5.1 Сопряжение тела плотины с основанием и берегами……………….13
3.5.2 Крепление откосов и конструкция гребня……………………………14
3.5.3 Дренаж……………………………………………………………………..15
3.5.4 Противофильтрационные устройства…………………...……………15
3.5.5 План и разрез плотины………………………………………………….16
3.5.6 Фильтрационный расчет плотины………………………………….…17
4. Водосброс…………………………………………………………………..….20
4.1. Состав водосброса…………………………………………………………20
4.2. Подводящий, соединительный и отводящий каналы……………..…21
4.3. Шлюз-регулятор…………………………………………………………...22
4.4. Быстроток…………………………………………………………….…….24
Список литературы………………………………………………………….....27
Курсовой проект «Плотина из грунтовых материалов» выполнен на основании выданного задания. Проектом предусмотрена плотина из мелкозернистого песка.
Проект разработан в соответствии со СНИП 2.06.05-85*.
Проект состоит из пояснительной записки на 27 листах, имеет пять таблиц и шесть рисунков. Графическая часть представлена на одном листе формата А1.
1. Исходные данные.
1. Грунты основания, тела плотины: песок крупнозернистый, песок мелкозернистый.
2. Коэффициенты фильтрации К, м/сут основания, тела плотины: 0,06; 0,8.
3. Мощность водопроницаемого слоя Т, м: 0.
4. Длин разгона волны L, км: 9,9.
5. Максимальная скорость ветра U, м/с: 10,6.
6. Класс проезжей дороги: II.
7. Характеристика состояния реки (условия): сравнительно плохие.
8. Тип грунта на водосборном тракте: супесь.
9. Район строительства: Томск.
2. Построение теоретической кривой безопасности.
Для построения теоретической кривой обеспеченности необходимо знать норму максимальных расходов, коэффициенты вариации и асимметрии.
Приближенное значение нормы максимальных расходов определяется по формуле (2.1)
где Qi – максимальные годовые расходы за годы наблюдений, м3/с;
n – количество лет наблюдений.
Максимальные годовые расход приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Максимальные годовые расходы.
N п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Q, м3/с
13,7
24,1
13,1
15,6
17,4
8,4
4,8
7,1
7,5
13
6,1
13,2
8,9
6,6
17,1
N п/п
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Q, м3/с
11,3
9,9
10,5
5,4
9,3
18,1
10,8
5,4
11,3
6,2
8,3
4,8
12,7
4,9
14,1
Приближенное значение нормы максимальных расходов определяем по формуле (2.1)
Qo = 10,65 (2.1)
Определяем коэффициент вариации методом моментов, в этом случае он определяется по формуле (2.2)
где K – модульный коэффициент.
Модульный коэффициент определяется по формуле (2.3)
Ki=Qi /Q0. (2.3)
Коэффициент вариации определяем по формуле (2.2)
Cv=0,49
Коэффициент асимметрии принимают
Сs=(2,0÷2,5)Cv=2*0,49=0,98
Ординаты теоретической кривой обеспеченности, т.е. величины максимального годового расхода при соответствующей обеспеченности, определяются по формуле (2.4)
QP%=Ф(CV+1)Q0, м3/с. (2.4)
где Ф – относительное отклонение ординат теоретической кривой обеспеченности от середины.
Для проверки соответствия теоретической кривой обеспеченности данным фактических наблюдений необходимо сопоставить ее с эмпирическими точками.
Обеспеченность наблюденной величины максимального расхода определяется по формуле (2.5)
P=m /(n+1)*100%, (2.5)
где m – порядковый номер члена ряда наблюденных величин максимального расхода, расположенных в порядке убывания.
Результаты вычислений сводим в таблицы 2.2 и 2.3.
Таблица 2.2.
Порядковый номер
Макс. расходы Qi, м3/с
Модульный коэффициент Ki
Ki-1
(Ki-1)2
Эмпирическая обеспеченность p, %
1
2
3
4
5
6
1
24,1
2,26
1,26
1,59
3,23
2
18,1
2,26
1,26
1,59
6,45
3
17,4
1,72
0,72
0,52
9,68
4
17,1
1,66
0,66
0,44
12,9
5
15,6
1,6
0,6
0,36
16,13
6
14,1
1,34
0,34
0,30
19,35
7
13,7
1,31
0,31
0,29
22,58
8
13,2
1,26
0,26
0,28
25,81
9
13,1
1,25
0,25
0,25
29,03
1
2
3
4
5
6
10
13
1,22
0,22
0,24
32,26
11
12,7
1,21
0,21
0,18
35,48
12
11,3
1,08
0,08
0,17
38,71
13
11,3
1,08
0,08
0,14
41,94
14
10,8
1,03
0,03
0,12
45,16
15
10,5
1,00
0,00
0,10
48,39
16
9,9
0,94
-0,06
0,10
51,61
17
9,3
0,89
-0,11
0,08
54,84
18
8,9
0,85
-0,15
0,07
58,06
19
8,4
0,8
-0,20
0,06
61,29
20
8,3
0,79
-0,21
0,05
64,52
21
7,5
0,71
-0,29
0,04
67,74
22
7,1
0,68
-0,32
0,04
70,97
23
6,6
0,63
-0,37
0,04
74,19
24
6,2
0,59
-0,41
0,02
77,42
25
6,1
0,58
-0,42
0,01
80,65
26
5,4
0,51
-0,49
0,01
83,87
27
5,4
0,50
-0,50
0,01
87,1
28
4,9
0,47
-0,53
0,00
90,32
29
4,8
0,46
-0,54
0,00
93,55
30
4,8
0,45
-0,55
0,00
96,77
∑=319,6
∑=31,13
∑=0,01
∑=7,09
Таблица 2.3.
Р, %
0,1
0,5
1
3
5
10
20
25
40
Ф
4,38
3,4
2,96
2,22
1,86
1,34
0,77
0,57
0,11
Ф*Сv
2,1462
1,666
1,4504
1,0878
0,9114
0,6566
0,3773
0,2793
0,0539
Ф*Сv+1
3,1462
2,666
2,4504
2,0878
1,9114
1,6566
1,3773
1,2793
1,0539
QР%
33,5070
28,392
26,0967
22,2350
20,3564
17,6427
14,6682
13,6245
11,2240
Р, %
50
60
70
75
80
90
95
99
Ф
-0,15
-0,38
-0,61
-0,73
-0,85
-1,15
-1,35
-1,65
Ф*Сv
-0,0735
-0,1862
-0,2989
-0,3577
-0,4165
-0,5635
-0,6615
-0,8085
Ф*Сv+1
0,9265
0,8138
0,7011
0,6423
0,5835
0,4365
0,3385
0,1915
QР%
9,86722
8,66697
7,46671
6,84049
6,21427
4,64872
3,60502
2,03947
По получившимся значениям строим теоретическую кривую обеспеченности максимальных расходов, которая представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1. Теоретическая кривая обеспеченности максимальных расходов, совмещенная с эмпирическими точками.
3. Расчет плотины.
3.1. Расчет откосов и бермы.
Высота плотины определяется по формуле (3.1)
Hпл=Нгр.пл-Hдна, м, (3.1)
где Hгр.пл– отметка гребня плотины, м;
Hдна – отметка дна реки, м.
Предварительно принимаем отметку гребня плотины на два метра выше нормального подпорного уровня, т.е. Нгр.пл=448,1+2=450,1м.
Определяем высоту плотины по формуле (3.1)
Hпл=450,1-432,1=18 м.
Крутизна откосов плотин выражается коэффициентом заложения откоса m=ctgα (α – угол наклона откоса к горизонту).
При высоте плотины 15-20 м и глинистых грунтах тела плотины, коэффициенты заложения откосов плотины принимаются следующими: верховой m1=2,75; низовой m2=2,25.
С целью заглубления депрессионной кривой под поверхность откоса на глубину большую глубины промерзания грунта, уменьшения потока талых и ливневых вод, стекающих по откосу и разрушающих его, устраиваем бермы. Берме придаем угол в сторону откоса. Ширину бермы принимаем 1,5 м.
3.2. Расчет высоты плотины.
Возвышение гребня плотины над расчетным статическим уровнем воды в водохранилище определяется по формуле (3.2)
h2=∆h+hн+d, м, (3.2)
где ∆h – высота ветрового нагона волны, м;
hн – высота наката ветровой волны на откос, м;
d – запас, м.(принимаем равным 0,5м.)
Ввиду небольшого размера водохранилища высотой ветрового нагона волны можно пренебречь, а величину наката ветровой волны определяем по формуле (3.3)
hн=3,2hвk*tgα, м, (3.3)
где hв– высота волны, м;
k – коэффициент, учитывающий конструкцию крепления откоса.
Высота волны определяется по формуле (3.4)
hв=0,0208U5/4L1/3=0,0208*19,12*2,14=0,85 м. (3.4)
где U – скорость ветра, м/с;
L – длина разгона волны, км.
Величину наката ветровой волны определяем по формуле (3.3)
hн=3,2*0,85*1*(1/2,75)=0,99 м.
Возвышение гребня плотины над расчетным статическим уровнем воды в водохранилище определяется по формуле (3.2)
h2=0+0,99+0,5=1,49 м.
Точная отметка гребня плотины находится по формуле (3.5)
Нгр.пл=НПУ+h2=448,1+1,49=449,59 м. (3.5)
Точную высоту плотины определяем по формуле (3.1)
Hпл=449,59-432,1=17,49 м.
3.3. Определение класса капитальности плотины.
При высоте плотины 15-25 м и глинистых грунтах основания, класс плотины принимается третьим.
При III классе плотины расчетная обеспеченность принимается равной трем процентам.
Определяем вероятность превышения расчетного расхода по формуле (3.6)
N=100/P=100/3=33,3 лет, (3.6)
где N – количество лет, в течение которых фактический расход может быть больше принятого в расчет один раз.
P – расчетная обеспеченность, %.
Из таблицы 2.3 видно, что при расчетной обеспеченности равной P=3% расчетный расход составляет Qрасч=22,23 м3/с.
3.4. Построение кривой связи.
Расчет кривой связи между уровнем воды в водотоке за плотиной и величиной воды сбрасываемой в нижний бьеф выполняется по формуле (3.7)
где Q – расход потока воды сбрасываемого в нижний бьеф, м3/с;
ω – площадь живого сечения, м2;
C – скоростной коэффициент Шези;
R – гидравлический радиус, м;
i – гидравлический уклон.
Гидравлический радиус определяется по формуле (3.8)
R=ω/χ, м, (3.8)
где χ – смоченный периметр, м.
Смоченный периметр определяется по формуле (3.9)
χ=B+H2, м, (3.9)
где B – ширина русла водотока по урезу воды при заданной глубине, м;
H2 – заданная глубина воды в русле, м.
Коэффициент Шези определяется по формуле (3.10)
C=R1/6*(1/n), (3.10)
где n – коэффициент шероховатости.
Результаты вычислений сводим в таблицу 3.1.
Таблица 3.1. Расчет кривой связи.
H2, м
ω, м2
B, м
χ, м
R, м
√R
√Ri
C
C√Ri
Q=ωC√Ri,
м3/с
0,50
4,27
8
8,75
0,49
0,69
0,009
29,57
0,2920
1,25
0,75
6,36
10
11
0,58
0,76
0,011
30,43
0,3273
2,08
1,00
20,51
33,58
35,08
0,58
0,76
0,0108
30,48
0,3296
6,76
1,25
29,47
36,58
38,33
0,77
0,88
0,0124
31,90
0,3956
11,66
1,50
38,8
38,08
40,08
0,97
0,98
0,0139
33,15
0,4613
17,89
1,75
42,64
38,68
40,78
1,05
1,02
0,0145
33,58
0,4857
20,71
По данным таблицы 3.1 строим график зависимости между уровнем воды в водотоке за плотиной и величиной воды сбрасываемой в нижний бьеф, который представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1.1. Кривая зависимости функции Q=f(H2).
Из графика видно, что при пропуске максимального расхода расчетной обеспеченности, уровень воды в нижнем бьефе составляет 2,1 м.
3.5 Конструкции элементов плотины.
3.5.1 Сопряжение тела плотины с основанием и берегами.
В пределах основания плотины должны быть убраны кустарники, выкорчеваны пни, удален растительный слой грунта. Толщина снимаемого растительного слоя при подготовке основания составляет 0,5 м.
Для лучшего примыкания грунта плотины к грунту основания предусматриваем устройства зуба, выполняемого из грунта тела плотины, т.е. мелкозернистого песка. Глубину зуба принимаем 1 м, ширину понизу – 3 м, коэффициенты заложения откосов – 1.
Сопряжение тела плотины с берегами выполняется в виде наклонных плоскостей, а на участках берегов с крутыми склонами сопряжение производится при помощи уступов. Высоту уступа принимаем 1 м, коэффициент заложения – 0,1.
3.5.2 Крепление откосов и конструкция гребня.
Верховой откос устраиваем из бетонных плит. Принимаем сборные плиты размерами в плане 2,0*2,0 м. Толщина плиты определяется по формуле (3.11)
где B – длина ребра плиты в направлении нормальном к урезу воды, м.
Толщину плиты принимаем 0,1 м.
Под плитами укладывается подготовка толщиной 0,2 м из крупнозернистого песка, которая выполняет функцию обратного фильтра.
Верхней границей крепления верхового откоса является гребень плотины. Нижняя граница крепления назначается на отметке ниже уровня отметки мертвого объема на две высоты волны. Отметка нижней границы крепления – 335,25 м.
Вдоль нижней границы крепления устраивается упор для бетонного крепления размером 0,8*0,8 м в поперечнике.
Для защиты низового откоса на его поверхность отсыпается слой растительного грунта толщиной 0,1 м, который засевается травой.
На гребне плотины устраивается дорога асфальтобетонного покрытия. По краям проезжего полотна дороги устраиваются обочины для пешеходов. В поперечном направлении дороге придают двусторонний уклон для стока поверхностных вод. Уклон равен двум процентам. По краям обочины устраиваются ограждающие столбы – надолбы. Надолбы устанавливаются на расстоянии 2 м друг от друга, диаметр надолба – 0,15 м, высота надземной части – 0,8 м, подземной части – 1 м.
3.5.3 Дренаж.
Плотина оборудуется дренажем с целью понижения депрессионной кривой, предотвращения выхода фильтрационного потока на откос и отвода профильтровавшейся через тело плотины воды в нижний бьеф.
Дренаж состоит из водоотводной конструкции и обратного фильтра.
Водоотводная конструкция выполняется в виде банкета из камня. Размер фракций камней составляет 0,3 м.
Обратный фильтр служит для предотвращения заиливания водоотводной конструкции. Он состоит из двух слоев: крупнозернистый песок и щебень. Толщина каждого слоя – 0,25 м.
Верх дренажного устройства должен возвышаться на 1 м над самым высоким уровнем воды нижнего бьефа, т.е. на высоте 3,1 м от дна русла реки.
Размеры дренажного банкета принимаем следующие: ширина верхней части банкета 1,5 м; коэффициент заложения откоса, примыкающего к телу плотины 1,2; наружного – 1,4.
3.5.4 Противофильтрационные устройства.
В качестве противофильтрационного устройства принимаем ядро. Материал ядра – плотная глина. Ширина ядра поверху принимается 0,8 м. Нижняя часть ядра представляет собой зуб. Ширина зуба понизу – 2 м, коэффициенты заложения – 1. Зуб врезается в водоупор на глубину 0,5 м. Превышение верха ядра над максимальным статическим уровнем в верхнем бьефе принимаем 0,4 м.
3.5.5 План и разрез плотины.
3.5.6 Фильтрационный расчет плотины.
Фильтрационный расчет плотины сводится к построению кривой депрессии.
Плотина с ядром условно заменяется однородной плотиной пространственным способом, т.е. мысленно расширяется на величину толщины ядра. Приведенная толщина ядра определяется по формуле (3.12)
где tя– толщина ядра, м;
Кт – коэффициент фильтрации через тело плотины, м/сут;
Кя – коэффициент фильтрации через ядро, м/сут.
Приведенную длину плотины рассчитываем по формуле (3.13)
Lпр=L+t япр =52,83+87,5=140,33 м. (3.13)
Расчетная длина плотина определяется по формуле (3.14)
(3.14)
где m1– коэффициент заложения верхового откоса;
m3 – коэффициент заложение откоса банкета, примыкающего к плотине;
H1 – глубина воды в верхнем бьефе, м;
H2 – глубина воды в нижнем бьефе, м.
Фильтрационный расход через тело плотины определяется по формуле (3.15)
Ординаты депрессионной кривой определяются по формуле (3.16)
Результаты расчета кривой депрессии сводим в таблицу 3.2.
Таблица 3.2. Расчет кривой депрессии.
x, м
1
0
10
20
30
40
50
60
hx, м
2
15.61
14.71
14.15
13.57
12.96
12.31
11.64
1
70
80
90
100
110
120
130
140
2
10.92
10.15
9.32
8.40
7.38
6.12
4.69
2.42
По данным таблицы 3.4. строим график кривой депрессии, представленный на рисунке 3.4
С целью уточнения размер и конструкцийпротивофильтрационных устройств и дренажных устройств выполняется проверка фильтрационной прочности тела плотины для поперечного профиля в русловом разрезе.
Оценка фильтрационной прочности производится по условию (3.17)
где Iest.m – действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;
Icr.m – критический средний градиент напора;
γn – коэффициент надежности по ответственности сооружения.
Действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации определяется по формуле (3.18)
Iest.m=Z1/t=4.64/1.75=2.65
где z1– потери напора непосредственно в ядре, м;
t – средняя толщина ядра, м.
Критический средний градиент напора для ядра из плотной глины равен 12. Коэффициент надежности для сооружений III класса равен 1,15.
Icr.m/γn=12/1.15=10.43
Условие фильтрационной прочности выполняется.
4. Водосброс.
4.1. Состав водосброса.
Для пропуска паводковых и суточных расходов вод устраивается открытый береговой водосброс. В него входят следующие сооружения: подводящий канал, шлюз-регулятор, соединительный канал, быстроток и отводящий канал.
На рисунке 4.1 представлен водосброс.
Рисунок 4.1. Повехностный профиль по оси водосбросного тракта.
4.2. Подводящий, соединительный и отводящий каналы.
Глубина воды в подводящем канале hпкпри расчетном расходе Qрасч=19,32 м3/с составляет 1,59 м.
В качестве грунта канала принимаем глину. Для глины допустимая не размывающая скорость vдоп равна 1,1 м/с; а коэффициент заложения откосов m – 1,25.
Для расчетного расхода Qрасч=19,32 м3/с превышение ∆tбровки канала над уровнем воды составляет 0,3 м.
Площадь живого сечения потока в канале определяется по формуле (4.1)
ωпк=Qрасч/vдоп=19.32/1
Вернуться
Просмотров: 579
При использовании материалов ссылка на источник обязательна. TatMan.ru Copyright 2016
